新植甘蔗幼苗黃化及生長緩慢的原因初探

謝金蘭，莫璋紅，林 麗，李長寧，顏梅新，黃冬梅

（廣西壯族自治區農業科學院甘蔗研究所/中國農業科學院甘蔗研究中心/農業農村部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室，廣西 南寧 530007）

0 引 言

甘蔗是我國最主要的糖料作物，蔗糖產量占全國食糖總產量的90%以上，其中廣西蔗糖產量占全國的60%以上，蔗糖業是廣西經濟建設的支柱產業和優勢產業，在農業和農村經濟發展、農民增收、脫貧致富、財政收入等方面發揮著重要作用。近10年來，廣西部分蔗區不同程度地出現宿根甘蔗幼苗黃化現象，發病率高達20%～30%，嚴重影響了宿根蔗的生長和產量。已報道的甘蔗宿根黃化病集中在扶綏、崇左等桂南蔗區，發生地以貧瘠、灌溉條件差的酸性粘土為主，且同一地塊新植和宿根的栽培、管理等措施一致的情況下，新植蔗不發病，只有宿根蔗發病［1-2］。甘蔗宿根黃化病是一種無病原菌感染的生理性病害。近年來，研究者相繼開展了甘蔗宿根黃化病致病機理的探索研究。陳桂芬等的研究表明，甘蔗體內的活性鐵含量低、活性錳含量過高，導致植株體內鐵錳營養不平衡，是宿根甘蔗幼苗黃化病發生的主要原因；葉面噴施鐵、鎂、硼、鈣、鉀、鋅和氮等營養元素均能提高黃化苗的轉綠率，其中，以噴施鐵的效果最好［3］。劉要鑫等在對甘蔗黃化苗調控研究中發現，噴施硫酸亞鐵、硫酸錳、硫酸鋅、鉬酸銨等，都能在一定程度上使其轉綠，其中以噴施硫酸亞鐵的效果最好［4］。于華等認為，氮素形態與宿根黃化病發生有相關性，施用銨態氮肥有利于減輕幼苗葉片黃化，加速黃化葉片復綠［5］。目前國內尚未見有黃化病發生在新植蔗的報道。2020年5月在廣西扶綏蔗區一農戶家約1.3畝的新植蔗地，出現甘蔗葉片黃化有斑點、根系發育受阻、植株矮小和生長停滯等。項目組隨后采樣做了相關病原菌檢測，確定并非病原菌引起。因此，本研究小組開展了相關病因調查，以期為甘蔗黃化病有效防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 調查地概況

蔗地為酸性的紅黃壤，連作甘蔗十幾年。據農戶反映，2018年以前甘蔗生長正常，常年肥料投入比較多，甘蔗產量高。2019年宿根蔗零星出現黃化，2020年新植蔗70%以上植株黃化、發育不良。經農戶同意，2020年7月下旬翻壓蔗苗，計劃通過與豆科作物輪作改土。播種綠豆2次，綠豆發芽出苗率不到30%，且田間綠豆苗在短期內陸續爛根枯萎。

1.2 調查項目

在甘蔗翻壓前，參考相關文獻關于“甘蔗黃化苗處理”方法，在蔗地劃分三個區作為調查區域，行長30 m，4行甘蔗，行距1.2 m，小區面積144 m2。分別做硫酸亞鐵處理（0.35%硫酸亞鐵）、施肥處理（復合肥15-15-15，750 kg/hm2）和對照（不施肥、不噴硫酸亞鐵）。分別在實施處理前和處理一個月后調查甘蔗株高和植株綠葉張數，每個小區甘蔗長勢較好的和長勢差的分別調查20株。同時采土和甘蔗葉片樣品進行相關營養元素分析。

1.3 樣品采集

按照地塊長度將蔗地平均劃分三區段，每個區段土壤采用X型（5個點）采集樣品，一共采集三份土壤。甘蔗葉片按照植株發病輕、中、重隨機采樣，由蔗株頂端展開葉往下取第2片葉，每份樣品采15株。

1.4 測定方法

土壤礦質營養元素的分析測定按《土壤農業化學分析方法》進行［6］；土壤錳含量、鋁含量按照《土壤環境檢測分析方法》進行［7］；土壤有效鐵采用二乙烯三胺五乙酸浸提-電感耦合等離子體發射光譜法。甘蔗葉片錳、鋁含量按照《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》GB5009.268-2016進行。

2 結果與分析

2.1 甘蔗株高

由表1看出，長勢差的植株，處理間甘蔗長速幾乎沒有差別，不管是噴硫酸亞鐵，還是施肥或者不做處理的對照，甘蔗一個月內長速只有20 cm左右。在長勢好的植株中，以施肥處理較好，長速約為41 cm/月，其次是對照，長速約為39 cm/月，而噴硫酸亞鐵的長速只有24 cm/月。可見，甘蔗苗黃化嚴重后，難以恢復正常生長，且與對照相比，對長勢好的甘蔗施用硫酸亞鐵反而抑制甘蔗生長。

表1 不同處理的甘蔗株高及伸長速

2.2 甘蔗綠葉數量

由表2看出，甘蔗植株綠葉數量變化與株高一致，以施肥處理綠葉增加最多，其次是對照處理。長勢好的植株綠葉數增加在1.5～1.9張/月，而長勢差的植株綠葉數增加為0～1.2張/月。可見，甘蔗苗黃化嚴重后，甘蔗生長緩慢甚至停滯。

表2 不同處理的甘蔗單株綠葉數 單位：張/株

2.3 土壤農化性狀

按照土壤pH值分級，pH值小于4.5為強酸性土壤。從表3的數據看，蔗地土壤pH值平均為3.47，遠低于強酸性土壤標準。土壤有機質及大量營養元素含量從高到低分為極高、很高、高、中、低和很低六個等級。由表3看到，該蔗地土壤有機質含量高，為三級水平即20~30 g/kg；水解性氮含量很高，為二級水平即120~150 mg/kg；有效磷含量極高，達到一級水平即>40 mg/kg；有效鉀含量很高，達到二級水平即150~200 mg/kg；蔗地土壤有效鐵平均含量高，為11.75 mg/kg，達到二級水平即10~20 mg/kg。由此可見，該蔗地土壤養分含量處于較高的水平。

表3 土壤的農化性狀

鋁是一個廣泛而大量存在于自然界的金屬元素，約占地殼重量8.3%，土壤中含量約占7.1%［8］。該蔗地土壤鋁平均含量較高，為2.39×104mg/kg。錳是植物必需微量元素之一，植物生長發育正常進行的最低錳需求量為30 mg/kg［9］。該蔗地土壤錳平均含量高達289 mg/kg。

2.4 甘蔗葉片營養元素分析

從表4看到，病株甘蔗幼苗葉片錳含量低于正常植株，正常葉片錳含量是黃化嚴重植株的1.54倍。鋁含量表現為黃化甘蔗幼苗高于正常植株，其中黃化重的植株葉片鋁含量是正常植株的2.42倍，是黃化較輕植株的2.47倍，是黃化中度植株的1.83倍。有效鐵含量，發病輕、中、重和正常植株葉片間差異不大。由此可推斷，甘蔗幼苗黃化是可能因植株體內鋁含量過高引起。

表4 甘蔗葉片的營養元素含量 單位：mg/kg

3 討論

在本試驗的調查中，蔗地土壤有效鐵和植株葉片有效鐵含量都不低，在試驗中噴施硫酸亞鐵的沒有達到預期效果，因此初步推測該蔗地新植蔗黃化原因并非缺鐵引起。

綜合甘蔗株高及綠葉數量變化，施肥處理效果較好。但在黃化嚴重、甘蔗苗長勢差的條件下，施肥對甘蔗苗的恢復效果甚微。檢測分析數據顯示，葉片鋁含量表現出明顯規律性，葉片鋁含量隨著黃化嚴重程度增加而遞增。在調研中發現，該蔗地相鄰地塊的甘蔗生長正常，經采土分析，相鄰地塊土壤pH值為4.16，比黃化苗發生蔗地的高0.69。室內盆栽比較試驗，兩塊地土壤的甘蔗和綠豆長勢均存在較大差異，分別如圖1中A和B所示。由此，可以初步推斷，該蔗地甘蔗黃化和生長緩慢，與土壤pH值太低、鋁離子含量過高有關。

圖1 兩種不同pH值土壤盆栽甘蔗A和綠豆B幼苗的生長情況

鋁是自然界中最豐富的金屬元素，廣泛分布于土壤礦物中，通常以無毒形式的硅酸鹽或其他沉積物存在于植物中。在中性土壤中，鋁主要以鋁硅酸鹽和氧化物形式存在。當土壤pH值低于5.5時，Al被溶解為Al3+，離子態活性鋁對于植物具有毒性，大量Al3+會破壞細胞分裂、細胞壁合成以及破壞膜系統等生理功能，影響根系生長并最終導致整株植物體生長受限［10］。有研究表明，當鋁離子濃度達4～8 mg/kg時，土壤中的交換性鋁含量顯著上升，土壤pH值顯著下降，香蕉生物量累積和根系活性均受抑制［11］。另有研究表明，在200 mmol/L鋁離子脅迫下，會造成橡膠幼苗根系活性氧（H2O2和O2-）的累積，進而造成根系活力和導水率下降，葉片葉綠素含量和相對含水量也下降，最終導致橡膠幼苗死亡［12］。

廣西蔗區的土壤以酸性紅壤、黃壤為主。強酸性土壤使一般的作物不能正常生長，甚至成為不毛之地，其原因之一就是鋁對植物的毒害作用。因此，如何減緩和改良廣西蔗區土壤酸化是解決甘蔗鋁毒黃化問題的根本。